磁盘管理实用教案

1、2021-12-88.1.18.1.1连续(linx)(linx)分配连续分配要求为每一个文件分配一组相邻接的盘块。通常它们都位于一条磁道上。在进行读/写时，不必移动磁头，仅当访问到一条磁道的最后一个盘块后，才需要(xyo)移到下一条磁道。这样所形成的文件结构称为顺序文件结构，此时的物理文件称为顺序文件。第1页/共71页第一页，共72页。2021-12-8连续(linx)(linx)分配这种分配方式保证了逻辑文件中的记录顺序与存储器中文件占用盘块的顺序的一致性。为使系统(xtng)能找到文件存放的地址，应在目录项的文件物理地址字段中，记录该文件第一个记录所在的盘块号和文件长度（以盘块数进行计量

2、）。第2页/共71页第二页，共72页。2021-12-8第3页/共71页第三页，共72页。2021-12-8012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名 始址 块数count 0 2tr 14 3mail 19 6list 28 4f 6 2 文件目录countftrmaillist第4页/共71页第四页，共72页。2021-12-8优点(yudin)n 简单 n 顺序(shnx)访问容易n 顺序(shnx)访问速度快n 所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少第5页/共71页第五页，共72页。2021-12-8缺点(qudin)(

3、qudin)n要求有连续的存储空间n外部(wib)碎片问题-外存紧凑n必须事先知道文件的长度n文件不易动态增长n 预留空间:浪费n 重新分配和移动第6页/共71页第六页，共72页。2021-12-88.1.28.1.2链接(lin ji)(lin ji)结构这是一种非连续的结构，将一个逻辑文件存储到外存上时，并不要求为整个文件分配一块连续的空间，而是可以将文件装到多个离散的盘块中。采用链接分配方式时，可通过在每个盘块上的链接指针，将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一个链表，把这样形成的物理(wl)文件称为链接文件。第7页/共71页第七页，共72页。2021-12-8第8页/共71页第八页，

4、共72页。2021-12-8隐式链接(lin ji)n在文件目录的每个目录项中，都须含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。n链接结构的文件适用于顺序(shnx)存取。因为要获得某一块的块号，必须先读出第一个盘块。顺序(shnx)查找直至第i块，因此要随机地存取信息就较为困难，且可靠性差。第9页/共71页第九页，共72页。2021-12-8文件名 始址 末址jeep 9 25文件目录01234567891011121314151617181920212223242526272829303111016-125第10页/共71页第十页，共72页。2021-12-8优缺点优点：提高了磁盘空间

5、利用率,不存在外部碎片问题(wnt)有利于文件插入和删除有利于文件动态扩充缺点：存取速度慢，不适于随机存取链接指针占用一定的空间可靠性问题(wnt)，如指针出错第11页/共71页第十一页，共72页。2021-12-8显式链接(lin ji)(lin ji) 文件分配表(FAT) 将盘块中的链接指针按盘块号的顺序集中起来，构成盘文件映射表/文件分配表 显式地存放在内存中。整个磁盘仅设置(shzh)一张，利用FAT可方便地进行随机存取。第12页/共71页第十二页，共72页。2021-12-8图示第13页/共71页第十三页，共72页。2021-12-8FAT也要占用一定的存储空间，若盘的容量较大，也

6、可能占用较多的存储空间。在进行文件访问时，可能在内存中装不下整个FAT，这样就会造成(zo chn)若要读某块文件信息时，还要读盘块映射表的操作，影响使用效率。第14页/共71页第十四页，共72页。2021-12-8技术(jsh)n早期的MSDOS,使用的12位的FAT12文件系统,后来为16位的FAT16文件系统；nWindows95和Windows98，使用的是32位的FAT32文件系统；nWindowsNT，Windows2000和WindowsXP，又进一步发展为新技术文件系统NTFS。n这几种方法采用(ciyng)的文件分配方式基本上都是显式链接方法。第15页/共71页第十五页，共7

7、2页。2021-12-8FAT技术(jsh)n卷：将一个物理磁盘分成四个逻辑磁盘，每个逻辑磁盘是一个卷，也称为(chn wi)分区。n每个卷都是一个能够单独被格式化和使用的逻辑单元，供文件系统分配空间时使用。n一个卷中包含了文件系统信息，一组文件及空闲空间。n每个卷都专门划出一个单独区域来存放自己的目录和FAT表，以及自己的逻辑驱动器字母。第16页/共71页第十六页，共72页。2021-12-8FAT12n以盘块为基本分配(fnpi)单位。n在每个分区中都配有两张文件分配(fnpi)表，在FAT的每个表项中存放下一个盘块号，它实际上是用于盘块之间的链接的指针，通过它可以将一个文件的所有的盘块链

8、接起来，将文件的第一个盘块号放入其FCB中。n不支持长文件名第17页/共71页第十七页，共72页。2021-12-8图示6EOF11105EOF0123456789FATFCB A4FCB B9图 6-10 MS-DOS的文件(wnjin)物理结构第18页/共71页第十八页，共72页。2021-12-8对于的软盘,盘块大小为1KB,每个FAT表项占12位,在每个FAT中共含有(hn yu)个表项,故共需1.8KB.计算FAT表所占空间大小。第19页/共71页第十九页，共72页。2021-12-8FAT12n簇的基本概念n进行盘块分配时不再以盘块而是以簇为单位。簇是一组连续的扇区，在FAT中它是

9、作为一个虚拟(xn)扇区，簇的大小一般是2n个盘块。n一个磁盘分区能分为多少簇则FAT就有多少表项，相同容量下，FAT表的项数与簇的大小成反比。第20页/共71页第二十页，共72页。2021-12-8FAT16n16位的文件分配表n若在FAT16中一簇(y c)最大64个扇区，则FAT16能管理的最大磁盘分区为多少？n216*64*512B=231B=2GBn不支持长文件名第21页/共71页第二十一页，共72页。2021-12-8对于FAT16文件系统，若一个磁盘分区的大小为512M，问一个簇最少要为多少个扇区？512M/216=2(29-16)=213B=8kB簇是大点好，还是小点(xio

10、din)好？使用簇的大小不恰当。若簇的大小为16KB，如果一个只有1KB大小的文件所占的空间并不是1KB，而是16KB，足足浪费了15KB！ 第22页/共71页第二十二页，共72页。2021-12-8FAT32n32位的文件分配表n在FAT32中一簇为4KB大小，8个扇区，则其允许管理的最大磁盘容量为多少？n232*4KB=16TBnFAT32同FAT16相比有什么优点？n1.由于采用了更小的簇，FAT32文件系统可以更有效率地保存信息。如两个分区大小都为2GB，一个分区采用了FAT16文件系统，另一个分区采用了FAT32文件系统。采用FAT16的分区的簇大小为32KB，而FAT32分区的簇只

11、有4KB的大小。这样FAT32就比FAT16的存储效率要高很多，通常(tngchng)情况下可以提高15%n2. 同FAT16相比FAT32最大的优点是可以支持的磁盘大小达到2TB（2047GB），但是不能支持小于512MB的分区。n3.支持长文件名。第23页/共71页第二十三页，共72页。2021-12-88.1.4 NTFSnNTFS（New Technology File System）n采用了64位磁盘地址。 n很好的支持长文件各n具有系统容错(rn cu)功能n提供了数据的一致性n文件加密、文件压缩功能第24页/共71页第二十四页，共72页。2021-12-8NTFSn磁盘组织，以簇

12、为单位n文件组织，以卷为单位，将一个卷中的所有文件信息，目录信息以及可用的未分配空间信息，都以文件记录( jl)的方式记录( jl)在一张主控文件表中。 第25页/共71页第二十五页，共72页。2021-12-8Windows文件系统比较(bjio)第26页/共71页第二十六页，共72页。2021-12-8索引(suyn)(suyn)分配链接分配方式虽然解决了连续分配方式所存在的问题(wnt)，但又出现了另外两个问题(wnt)：不能支持高效的直接存取FAT需占用较大的内存空间实际上打开某个文件时，只需把该 文件占用的盘块的编号调入内存即可。为此应将每个文件所对应的盘块号集中地放在一起。第27页

13、/共71页第二十七页，共72页。2021-12-8索引(suyn)(suyn)分配一个(y )文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个(y )专用数据结构-索引表，并将这些块的块号存放在索引表中。一个(y )索引表就是磁盘块地址数组,其中第i个条目指向文件的第i块单级索引分配第28页/共71页第二十八页，共72页。2021-12-8单级索引(suyn)分配第29页/共71页第二十九页，共72页。2021-12-8012345678910111213141516171819202122232425262728293031文件名 索引(suyn)表地址文件目录Jeep 19 91

14、6 11025 -1 -1 -119第30页/共71页第三十页，共72页。2021-12-8优点(yudin)n保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：n即能顺序存取，又能随机存取n满足了文件动态增长(zngzhng)、插入删除的要求n能充分利用外存空间n不会产生外部碎片第31页/共71页第三十一页，共72页。2021-12-8缺点(qudin)(qudin)n索引表本身要花费较多的外存空间。n通常采用(ciyng)一个专门的盘块作为一个索引块。n对于小文件采用(ciyng)索引分配方式时，其索引块的利用率极低。n如果文件非常大，一个索引块装不了，需要多个索引块时，单级索引分配方式也是低效的n

15、第32页/共71页第三十二页，共72页。2021-12-8多级索引(suyn)(suyn)分配为这些索引块再建立(jinl)一级索引两级索引分配方式。（三级、四级） 01210510625435635798510510625474035635711259853607401125主索引360第二级索引磁盘空间第33页/共71页第三十三页，共72页。2021-12-8多级索引(suyn)(suyn)分配n采用两级索引分配方式，如果每个盘块的大小为1KB，每个盘块号占4个字节，则在一个索引块中可存放256个盘块号。这样在两级索引时，最多可包含(bohn)的存放文件的盘块的盘块号总数N=256*256

16、=64K个盘块号，则所允许的文件最大长度为64MB。n若盘块的大小为4KB，在采用单级索引时，所允许的最大文件长度为4MB，而两级索引时所允许的最大文件长度可达4GB。第34页/共71页第三十四页，共72页。2021-12-8增量(zn(zn lin lin) )式索引分配方式将多种索引(suyn)分配方式相结合：直接地址，一级索引(suyn)、二级索引(suyn)、三级索引(suyn)。UNIX系统中采用 modeowners (2)time stamps (3)sizeblock counti.addr (0)i.addr (1)direct blockssingle indirectdo

17、uble indirecttriple indirectdatadatadatadatadatadatadatadatadatadata第35页/共71页第三十五页，共72页。2021-12-8增量(zn(zn lin lin) )式索引分配方式共设有13个地址项，分成两类，直接地址和间接地址。直接地址：直接存放文件数据(shj)盘块的盘块号假如每个盘块的大小为4KB，当文件不大于40KB时，便可直接从索引结点中读出该文件的全部盘块号modeowners (2)time stamps (3)sizeblock counti.addr (0)i.addr (1)direct blockssing

18、le indirectdouble indirecttriple indirectdatadatadatadatadatadatadatadatadatadata第36页/共71页第三十六页，共72页。2021-12-8增量式索引分配(fnpi)(fnpi)方式一次间接地址：假如(jir)每个盘块的大小为4KB,一次间接地址可存放1K个盘块号，因而允许文件长达4MBmodeowners (2)time stamps (3)sizeblock counti.addr (0)i.addr (1)direct blockssingle indirectdouble indirecttriple in

19、directdatadatadatadatadatadatadatadatadatadata第37页/共71页第三十七页，共72页。2021-12-8增量式索引分配(fnpi)(fnpi)方式多次间接(jin ji)地址：当文件长度大于4MB+40KB时，则采用二次间址分配方式。文件最大长度可达4GB。三次间址分配方式，文件最大长度可达4TB。modeowners (2)time stamps (3)sizeblock counti.addr (0)i.addr (1)direct blockssingle indirectdouble indirecttriple indirectdatad

20、atadatadatadatadatadatadatadatadata第38页/共71页第三十八页，共72页。2021-12-8练习(linx)(linx)磁带上的文件只能采用磁带上的文件只能采用_存取方式存取方式. 磁盘上的文件可以采用磁盘上的文件可以采用_存取方式存取方式. 采用链接结构采用链接结构(jigu)的文件适合于的文件适合于_存存取取.流式文件是指无结构流式文件是指无结构(jigu)的文件的文件. 磁盘上物理结构磁盘上物理结构(jigu)为链接结构为链接结构(jigu)的文件只能顺序存取的文件只能顺序存取. (1) 什么是文件的逻辑结构什么是文件的逻辑结构(jigu)?(2) 什

21、么是文件的物理结构什么是文件的物理结构(jigu)?第39页/共71页第三十九页，共72页。2021-12-8练习(linx)(linx)n隐式链接结构可以隐式链接结构可以(ky)提高文件存储空间的提高文件存储空间的利用率，但不适合文件的随机存取。利用率，但不适合文件的随机存取。n对物理文件来说，顺序文件必须采用连续分对物理文件来说，顺序文件必须采用连续分配方式，而链接文件和索引文件可采用离散分配配方式，而链接文件和索引文件可采用离散分配方式。方式。n假定磁盘块大小为假定磁盘块大小为1B，对于的软盘，对于的软盘，FAT表需要占用表需要占用_存储空间；对于存储空间；对于100MB的硬的硬盘，盘，

22、FAT表需要占用表需要占用_存储空间。存储空间。n（1）1KB (2)1.5KB (3)1.8KB (4)2.4KB (5)3KBn (1) 100KB (2)150KB (3)200KB (4)250KB (5)300KB第40页/共71页第四十页，共72页。2021-12-8练习(linx)(linx)n文件存储空间的分配可采用多种方式，其中，文件存储空间的分配可采用多种方式，其中，_方式方式 可使文件顺序访问的效率最高；可使文件顺序访问的效率最高；_方式则可解决文件存储空间中的碎片方式则可解决文件存储空间中的碎片(su pin)问题，但却不支持对文件的随机访问。问题，但却不支持对文件的随

23、机访问。n在磁盘文件的物理结构中，（）既适在磁盘文件的物理结构中，（）既适合顺序存取，又方便随机存取。合顺序存取，又方便随机存取。nA、顺序结构、顺序结构B、链式结构、链式结构C、索引结构、索引结构D、文件的目录结构、文件的目录结构第41页/共71页第四十一页，共72页。2021-12-820092009和20102010n下列下列(xili)文件物理结构中，适合随机访问且易于文文件物理结构中，适合随机访问且易于文件扩展的是件扩展的是nA. 连续结构连续结构 B. 索引结构索引结构nC. 链式结构且磁盘块定长链式结构且磁盘块定长 D. 链式结构且磁盘块变长链式结构且磁盘块变长n设文件索引节点中

24、有设文件索引节点中有7个地址项，其中个地址项，其中4个地址为直接个地址为直接地址索引，地址索引，2个地址项是一级间接地址索引，个地址项是一级间接地址索引，1个地址项是个地址项是二级间接地址索引，每个地址项的大小为二级间接地址索引，每个地址项的大小为4字节，若磁盘字节，若磁盘索引块和磁盘数据块大小均为索引块和磁盘数据块大小均为256字节，则可表示的单个字节，则可表示的单个文件最大长度是文件最大长度是()。 nA. 33KB B. 519KBnC. 1057KBD. 16513KB第42页/共71页第四十二页，共72页。2021-12-8练习(linx)(linx)n存放在某个磁盘上的文件系统，采

25、用混合索引分配方式，存放在某个磁盘上的文件系统，采用混合索引分配方式，其中共有个地址项，第个地址项为直接地其中共有个地址项，第个地址项为直接地址，第个地址项为一次间接地址，第个地址项为二址，第个地址项为一次间接地址，第个地址项为二次间接地址，第个地址项为三次间接地址如果每个盘次间接地址，第个地址项为三次间接地址如果每个盘块的大小为字节块的大小为字节(z ji)，若盘块号需要用个字节，若盘块号需要用个字节(z ji)来描述，而每个盘块最多存放个盘块地址：来描述，而每个盘块最多存放个盘块地址：n（）该文件系统允许文件的最大长度是多少？（）该文件系统允许文件的最大长度是多少？n（）将文件的字节（）将

26、文件的字节(z ji)偏移量，偏移量，转换为物理块号和块内偏移量，转换为物理块号和块内偏移量n（）假设某个文件的已在内存，但其他信息均（）假设某个文件的已在内存，但其他信息均在外存，为了访问该文件中某个位置的内容，最少需要几次在外存，为了访问该文件中某个位置的内容，最少需要几次访问磁盘，最多需要几次访问磁盘？访问磁盘，最多需要几次访问磁盘？第43页/共71页第四十三页，共72页。2021-12-82011.某文件系统为一级目录结构，文件的数据一次性写入磁盘，已写入的文件不可修改，但可多次创建新文件。请回答如下问题。(1)在连续、链式、索引三种文件的数据块组织方式中，哪种更合适?要求说明理由。为

27、定位文件数据块，需在FCB中设计哪些相关描述字段?(2)为快速找到文件，对于FCB，是集中存储好，还是与对应的文件数据块连续存储好?要求说明理由。答：(1)连续更合适。因为一次写入不存在插入问题，而且写入文件之后不需要修改，连续的数据块组织方式很适合一次性写入磁盘不再修改的情况，同时连续存储相对链式和索引省去了指针的空间开销，支持随机(su j)查找，查找速度最快。(2)FCB集中存储较好。FCB存储有文件的很多重要信息，同时是文件目录的重要组成部分，在检索时，通常会访问对应文件的FCB。如果将FCB集中存储，则可以减少在检索过程中产生的访盘次数，提高检索速度。第44页/共71页第四十四页，共

28、72页。2021-12-8某虚拟文件(wnjin)系统空间最大容量为4TB,以磁盘块为基本分配单位，磁盘块大小为1KB，文件(wnjin)控制块（FCB）包含一个512的索引表区，请回答下列问题。(1)假设索引表区仅采用直接索引结构，索引表区存放文件(wnjin)占用的磁盘块号。索引表项中块号最少占多少字节，可支持的单个文件(wnjin)最大长度是多少字节？(2) 假设索引表区采用如下结构：第0-7字节采用格式表示文件(wnjin)创建时预分配的连续存储空间，其中起始号占6B，块数占2B；剩余504字节采用直接索引结构，一个索引项占6B，则可支持的单个文件(wnjin)最大长度是多少字节？为了

29、使单个文件(wnjin)的长度达到最大，请指出起始块号和块数分别所占字节数的合理值并说明理由。2012.第45页/共71页第四十五页，共72页。2021-12-8第46页/共71页第四十六页，共72页。2021-12-82013第47页/共71页第四十七页，共72页。2021-12-82014第48页/共71页第四十八页，共72页。2021-12-82014第49页/共71页第四十九页，共72页。2021-12-88.2 8.2 外存空间(kngjin)(kngjin)管理 文件管理要解决的重要问题之一就是如何为新创建的文件分配存储空间。其分配方法与内存的分配情况有许多相似之处，可采取连续分配

30、和离散分配方式。不论哪种分配方式，存储空间的基本分配单位都是磁盘块而非字节。为了实现存储空间的分配，系统首先应记住存储空间的使用情况。还要提供对存储空间进行分配和回收(hushu)的手段。第50页/共71页第五十页，共72页。2021-12-88.2 8.2 外存空间(kngjin)(kngjin)管理 记住存储空间的使用情况就是( jish)对空闲块的管理，有以下方法：空闲表法空闲链表法位示图法成组链接法第51页/共71页第五十一页，共72页。2021-12-88.2.1 空闲(kngxin)表法和空闲(kngxin)链表法属于连续分配方式，与内存管理中的动态分区分配方式相同。为每个文件分配

31、一块连续的存储空间。系统为外存上的所有空闲区建立一张空闲表，每个空闲区对应于一个(y )空闲表项所有空闲区按其起始盘块号递增的次序排列序号序号起始空闲盘块号起始空闲盘块号盘块数盘块数1242933155。第52页/共71页第五十二页，共72页。2021-12-8空闲(kngxin)(kngxin)表法n存储空间的分配与回收(hushu)n空闲盘块的分配与内存的动态分配类似，同样可以用首次、最佳、最坏适应法。n盘块的回收(hushu)也同内存的回收(hushu)方式类似。第53页/共71页第五十三页，共72页。2021-12-8空闲(kngxin)(kngxin)表法在内存中很少用连续分配的方式

32、，在外存中因它具有较高的分配速度，可减少访问磁盘的I/O频率，故在有些时候也可以使用对换(du hun)空间，一般都采用连续分配的方式。当文件较小时，采用连续分配方式第54页/共71页第五十四页，共72页。2021-12-8空闲(kngxin)(kngxin)链表法空闲链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲链。根据(gnj)构成的链所用基本元素不同，可把链表分成两种形式，空闲盘块链和空闲盘区链空闲盘块链：以盘块为单位。空闲盘区链：以盘区（多个盘块）为单位第55页/共71页第五十五页，共72页。2021-12-8空闲(kngxin)(kngxin)链表法空闲链表法的分配与回收。空闲盘块链：分配：当用

33、户因创建文件而请求分配存储空间时，系统从链首开始依次摘下适当数目的空闲盘块分配给用户，然后调整链首指针。回收：将回收的盘块依次插入空闲盘块链的末尾 。特点(tdin)：用于分配和回收一个盘块的过程非常简单，但在为一个文件分配盘块时，可能要重复操作多次。第56页/共71页第五十六页，共72页。2021-12-8空闲(kngxin)(kngxin)链表法空闲链表法的分配(fnpi)与回收。空闲盘区链：分配(fnpi)：与内存动态分配(fnpi)类似。回收：类似于内存回收 。第57页/共71页第五十七页，共72页。2021-12-88.2.2 位示图法(t f)系统为磁盘建立(jinl)一张位示图，

34、在位示图中每个盘块占1位，按盘块的顺序排列。“1”表示对应的盘块已占用，0表示空闲。第58页/共71页第五十八页，共72页。2021-12-82. 盘块的分配(fnpi) (1) 顺序扫描位示图，从中找出一个或一组其值为“0”的二进制位(“0”表示空闲时)。 (2) 将所找到的一个或一组二进制位， 转换成与之相应的盘块号。假定找到的其值为“0”的二进制位，位于位示的第i行、第j列，则其相应的盘块号应按下式计算(j sun)： b=n(i-1)+j式中， n代表每行的位数。 (3) 修改位示图， 令mapi,j=1。 第59页/共71页第五十九页，共72页。2021-12-83. 盘块的回收(h

35、ushu) (1) 将回收盘块的盘块号转换(zhunhun)成位示图中的行号和列号。 转换(zhunhun)公式为： i=(b-1)DIV n+1 j=(b-1)MOD n+1 (2) 修改位示图。 令map i,j=0。 第60页/共71页第六十页，共72页。2021-12-8 位示图的大小依据物理磁盘的容量而定。如360KB的软盘，每个物理块为512字节(z ji)，位图只占用90个字节(z ji)第61页/共71页第六十一页，共72页。2021-12-88.2.3 成组链接(lin ji)法 UNIX采用(ciyng)此法第62页/共71页第六十二页，共72页。2021-12-8原理(y

36、unl)在UNIX中中有一个整型数组s.freel00 和一个整型变量(binling)（）。将所有的空闲盘块分组，每100个空闲盘块为一组。后一组的块号填入前一组的第一个盘块的s.free 、块数赋于s.free。第63页/共71页第六十三页，共72页。2021-12-8图解(tji)空闲空闲(kngxin)盘块的组织：盘块的组织：1004003993013001003002992022012991004003992013019907999790179007899780179997901空闲盘块号栈S.free019899第64页/共71页第六十四页，共72页。2021-12-8分配(fnpi) 首先检查空闲(kngxin)盘块号栈是否上锁